Уникальная научная установка «Изотопный обмен»

Уникальная научная установка (УНУ) “Изотопный обмен” создана в ЦКП “Состав вещества” в 2017 году. Она представляет собой комплекс для изучения кинетики взаимодействия газовой фазы (кислорода, водорода, азота, углеводородов и др.) с материалами для электрохимических устройств с помощью методов, использующих стабильные изотопы.

Основная идея метода изотопного обмена состоит в том, что над исследуемым образцом природного изотопного состава газовая атмосфера обогащается каким-либо компонентом иного изотопного состава, и за счет градиента химического потенциала в системе «газ – твердое тело» начинается перераспределение изотопа.

В УНУ реализовано несколько методов:

• Изотопный обмен с уравновешиванием изотопного состава газовой фазы в статической циркуляционной установке;

• Изотопный обмен с импульсной подачей изотопно-обогащенной смеси для работы с двумя изотопными переменными (например, в атмосфере O₂-H₂O, H₂-H₂O, CO-CO₂и др.);

• Метод изотопного обмена в ячейке с разделенным газовым пространством, позволяющий проводить эксперимент при наложении электрического тока;

• Исследование электрохимических свойств материалов методом импедансной спектроскопии в различных газовых атмосферах;

• Метод релаксации давления кислорода;

• Определение состава газовой фазы;

• Термическая обработка материала в газовой атмосфере.

Особенность нашего экспериментального комплекса заключается в том, что в нем осуществляется анализ изотопного состава газовой фазы. Существенным преимуществом такого подхода является возможность проведения эксперимента in situ, что позволяет выполнить более детальный анализ кинетики обмена изотопа газовой фазы с твердым телом. Кроме того, за счет применения данного метода в комплексе удалось реализовать несколько видов подачи изотопа (непрерывный и импульсный), температурных режимов (изотермический, линейный или заданный по другому закону) и методик изучения изотопного обмена (статическая, циркуляционная, проточная).

УНУ «Изотопный обмен» позволяет решать целый комплекс задач, связанный с механизмом и маршрутами ионного транспорта в оксидных системах, кинетикой и термодинамикой дефектообразования в оксидных материалах, кинетикой массопереноса на границе «электрод – твердый электролит», адсорбционными явлениями на поверхности оксидных материалов, механизмом каталитических процессов в твердооксидных электрохимических устройствах, а также процессов газовыделения при электролизе расплавленных солей.

Исследование кинетики взаимодействия оксидов с газообразным кислородом или водородом методом изотопного обмена позволяет получить важную информацию о характере связи кислорода (водорода) на поверхности оксида и механизме протекающих процессов. Важным достоинством метода изотопного обмена является возможность получения информации о перераспределении неметалла в системе «газ – твердое тело» в условиях химического или адсорбционно-десорбционного равновесия. Этот метод позволяет количественно оценить скорость обмена кислорода на границе «твердооксидный электролит – газ», и изучить воздействие на них различных факторов: температуры, давления газа, состава оксида, природы электродного материала, микроструктуры оксида, потенциала электрода и т.д.

Перечень оказываемых услуг

На УНУ “Изотопный обмен” возможно проведение следующих видов работ:

• Изотопный обмен кислорода с уравновешиванием изотопного состава газовой фазы

• Изотопный обмен водорода с уравновешиванием изотопного состава газовой фазы в атмосферах H2, CH4 и их смесей

• Импульсный изотопной обмен кислорода в сухих и влажных атмосферах

• Изотопный обмен водорода метана

• Определение состава газовой фазы

• Термическая обработка материала в газовой атмосфере

• Исследование электрохимических свойств материалов

Нестандартные услуги на УНУ не выполняются.

Перечень методик измерений

• Методика термической обработки материалов в газовой атмосфере с использованием Уникальной научной установки «Изотопный обмен»

• Методика определения состава газовой фазы с использованием Уникальной научной установки «Изотопный обмен»

• Методика проведения изотопного обмена кислорода с уравновешиванием изотопного состава газовой фазы с использованием Уникальной научной установки «Изотопный обмен»

• Методика проведения изотопного обмена водорода с уравновешиванием изотопного состава газовой фазы с использованием Уникальной научной установки «Изотопный обмен»

_____________________________________________________________________________________________

Порядок доступа к установке

Доступ к УНУ “Изотопный обмен” регулируется внутренними документами ИВТЭ УрО РАН.

Для заказа выполнения работ на УНУ необходимо подать заявку путем отправки электронного письма заведующему лабораторией Кинетики ИВТЭ УрО РАН. Желательно как можно подробней осветить задачи, которые Вы хотите решить с применением УНУ.

___________________________________________________________________________________________________

Сведения о текущей и планируемой загрузке УНУ